1.引言
近年來(lái)，隨著Internet的普及和寬帶應(yīng)用的發(fā)展，特別是一些“帶寬殺手”應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，使得接入網(wǎng)帶寬資源日益“捉襟見(jiàn)肘”，為了徹底解決接入網(wǎng)的帶寬瓶頸，光纖到戶（FTTH）這個(gè)一直以來(lái)作為接入網(wǎng)發(fā)展的最終理想，已經(jīng)具有了提前實(shí)現(xiàn)的迫切需求和可能。
EPON是基于千兆以太網(wǎng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，繼承了以太網(wǎng)的低成本和易用性以及光網(wǎng)絡(luò)的高帶寬，是實(shí)現(xiàn)FTTH眾多技術(shù)中“性價(jià)比”最高的一種。隨著EPON國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)——IEEE802.3ah在2004年的正式發(fā)布，EPON的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)吸引了眾多廠商的積極參與，從EPON的核心芯片、光模塊到系統(tǒng)，EPON的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)日趨成熟。
2.面向FTTH的EPON系統(tǒng)
首先，面向FTTH的EPON系統(tǒng)中用戶側(cè)設(shè)備的用戶接口種類要豐富和帶寬要大。在光纖到戶的情況下，用戶的業(yè)務(wù)需求已經(jīng)不再滿足于簡(jiǎn)單的上網(wǎng)，而是變成了集數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)于一體的綜合業(yè)務(wù)接入需求。這也正是推動(dòng)“三網(wǎng)融合”最重要的驅(qū)動(dòng)力。用戶需求多樣化帶來(lái)的最主要變化之一就是對(duì)帶寬需要量的大大增加。以目前IPTV需要帶寬為2Mbit/s，一路高清電視的帶寬為6-8Mbit/s來(lái)計(jì)算，每個(gè)用戶（ONU）如果要同時(shí)支持2-3個(gè)視頻流（對(duì)應(yīng)2-3個(gè)電視終端），再加上常規(guī)的上網(wǎng)帶寬，則需要帶寬至少要在20Mbit/s以上。這是現(xiàn)在的ADSL所無(wú)法滿足的，即使采用ADSL+或VDSL技術(shù)也只能在短距條件下達(dá)到這樣的下行帶寬水平，還要付出線路改造的成本。因此，ONU側(cè)的基本用戶接口是10/100M兼容的以太網(wǎng)接口，對(duì)于帶寬有更高需求的用戶，這個(gè)用戶接口也可以方便的升級(jí)到10/100/1000M兼容的以太網(wǎng)接口。這個(gè)接口即可完成IPTV業(yè)務(wù)、IP電話機(jī)和PC的接入。除了基本接口，對(duì)于使用普通話機(jī)的用戶，ONU應(yīng)提供一個(gè)POTS口。而對(duì)于采用“視頻覆蓋”技術(shù)傳輸有限電視信號(hào)的解決方案，ONU再增加一個(gè)有線電視信號(hào)的接口即可。總之，ONU的下面將是一個(gè)透過(guò)智能網(wǎng)關(guān)連接的家庭網(wǎng)絡(luò)，用戶通過(guò)EPON系統(tǒng)帶來(lái)的高帶寬，就可以享受到家庭網(wǎng)絡(luò)信息化帶來(lái)的各種生活上的便利。
其次，局端設(shè)備的單個(gè)PON接口可支持的遠(yuǎn)端用戶側(cè)設(shè)備數(shù)量要多。目前，我國(guó)FTTH主要用戶是城市住宅小區(qū)的住戶，其突出特點(diǎn)是：住戶密度高，單一住宅小區(qū)一般有500—3000住戶。從技術(shù)上，EPON系統(tǒng)的分路比完全可以做到1:128，即一個(gè)PON端口帶128個(gè)ONU。EPON的控制協(xié)議完全可以支持更多的ONU。目前傳輸距離和分路比主要是受光模塊性能指標(biāo)的限制，隨著光模塊技術(shù)的進(jìn)步，這一目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)的。相對(duì)于目前1:32的分路比（可支持10-20公里的傳輸距離），面向FTTH的EPON設(shè)備將是支持高分路比的設(shè)備，每線成本也隨之降低。那時(shí)，如果要完全覆蓋一個(gè)3000戶左右的住宅小區(qū)，在局端就只需要不到30個(gè)PON接口堆疊在一起，大大降低了工程開(kāi)通和維護(hù)的復(fù)雜度。
最后，在面向FTTH應(yīng)用的EPON系統(tǒng)中，局端設(shè)備（OLT）的集成度要高。表現(xiàn)為PON端口的密度增大，OLT通過(guò)增加PON端口的數(shù)量來(lái)靈活地?cái)U(kuò)容以支持更多用戶。PON端口為單纖雙向，一個(gè)PON接口盤(pán)出2個(gè)PON端口將是很容易實(shí)現(xiàn)的，因此，一個(gè)PON接口盤(pán)的用戶數(shù)將可以達(dá)到256個(gè)。相對(duì)于目前一個(gè)ADSL用戶盤(pán)的容納32個(gè)用戶的水平，面向FTTH的EPON系統(tǒng)在用戶接入的密度上也具有優(yōu)勢(shì)。
3.安全管理
在復(fù)雜的接入網(wǎng)環(huán)境中，有效保證系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)安全，是運(yùn)營(yíng)商和用戶越來(lái)越關(guān)心的問(wèn)題。EasyPathEPON在設(shè)計(jì)上也進(jìn)行了充分的考慮。
首先，對(duì)用戶數(shù)據(jù)安全的保護(hù)。用戶數(shù)據(jù)安全的威脅主要來(lái)自PON內(nèi)部用戶之間，包括內(nèi)容監(jiān)聽(tīng)和主動(dòng)攻擊等形式。由于EPON下行方向的數(shù)據(jù)采取廣播形式，每個(gè)ONU能接收到所有的下行數(shù)據(jù)，802.3ah標(biāo)準(zhǔn)中為每個(gè)連接設(shè)定LLID邏輯鏈路標(biāo)識(shí)，每個(gè)ONU只能接收帶有屬于自己的LLID的數(shù)據(jù)包，其余的數(shù)據(jù)包丟棄不再轉(zhuǎn)發(fā)。但是，LLID主要是為了區(qū)分不同連接而設(shè)定的，ONU側(cè)如果只是簡(jiǎn)單根據(jù)LLID進(jìn)行過(guò)濾很顯然還是不夠的，因?yàn)閭魉偷氖菢?biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，所以某個(gè)ONU用戶技術(shù)上完全可以不區(qū)分LLID，而獲取非本ONU的信息，用戶信息的私密性受到威脅，這顯然是用戶所不愿看到的。為了隔離用戶信息，保證每個(gè)ONU數(shù)據(jù)的私密性，就需要在下行方向?qū)γ總�(gè)ONU的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。802.3ah標(biāo)準(zhǔn)中建議采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）算法在物理層實(shí)現(xiàn)用戶信息的加密。經(jīng)過(guò)AES算法加密的用戶數(shù)據(jù)有效地降低了信息泄露的可能性，但是如果EPON是一個(gè)簡(jiǎn)單的二層交換系統(tǒng)，用戶的關(guān)鍵信息，如MAC地址、IP地址等，仍然可以通過(guò)監(jiān)聽(tīng)鏈路層的廣播消息而獲得，這些信息都可能被網(wǎng)絡(luò)黑客用于實(shí)施各種攻擊。因此，要更好地保障用戶信息的安全，還要考慮鏈路層的隔離措施，基于PrivateVLAN的二層隔離方案就是一個(gè)很好的選擇。至于來(lái)自于EPON系統(tǒng)外的安全威脅，就需要用戶采取其他措施進(jìn)行防范了。
其次，對(duì)EPON系統(tǒng)自身安全的保護(hù)。因?yàn)椋坏〦PON網(wǎng)絡(luò)本身的安全受到威脅，那么受到影響的就將是系統(tǒng)內(nèi)的全體用戶。考慮EPON設(shè)備的特點(diǎn)，在以下方面需要做出防范：
MAC地址表溢出。MAC地址表是實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)幀正確轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)，如果惡意用戶通過(guò)大量使用假冒的地址使MAC地址表溢出，將造成正常數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的中斷。因此，在FTTH的應(yīng)用中，要限制用戶端口的MAC地址數(shù)量，或者干脆直接將用戶的一個(gè)MAC地址和端口綁定。這兩種辦法都可以防止MAC地址表的溢出，但從便于維護(hù)的角度來(lái)說(shuō)，使用第一種方式會(huì)更好一些。
上行系統(tǒng)控制幀假冒。如果用戶能夠從用戶接口發(fā)送系統(tǒng)的控制幀，如多點(diǎn)控制協(xié)議（MPCP）幀或維護(hù)管理（OAM）幀進(jìn)入系統(tǒng)，就會(huì)干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所以一般需要在系統(tǒng)的用戶接口處對(duì)系統(tǒng)控制幀進(jìn)行過(guò)濾，濾除侵入系統(tǒng)的“假冒”控制幀。
通過(guò)對(duì)EPON系統(tǒng)面臨的安全威脅的分析，并對(duì)比已有的解決方案，我們認(rèn)為EPON系統(tǒng)和ADSL接入在安全性方面是等價(jià)的。由于采用了AES加密算法，甚至在安全方面還要優(yōu)于FTTx+LAN的接入方式。
4.用戶管理
面向住宅小區(qū)的寬帶接入系統(tǒng)，由于大量用戶的接入需要管理和計(jì)費(fèi)，因此支持認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)（AAA）功能也是EPON系統(tǒng)必須考慮的，具體為：
認(rèn)證(Authentication)：驗(yàn)證用戶的身份與可使用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
授權(quán)(Authorization)：依據(jù)認(rèn)證結(jié)果向用戶開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
計(jì)費(fèi)(Accounting)：記錄用戶對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的用量，并提供給計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。
AAA的功能不僅可以有效地增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全，防止非法用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，而且是使網(wǎng)絡(luò)具備“可運(yùn)營(yíng)、可管理和可增值”能力的重要手段。比如，提供靈活的計(jì)費(fèi)方式（如時(shí)長(zhǎng)、流量、預(yù)付費(fèi)、費(fèi)率切換、費(fèi)率折扣、實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)、區(qū)分業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)等），提供對(duì)增值業(yè)務(wù)與寬帶網(wǎng)絡(luò)價(jià)值鏈的全方位支持等。
4.1 EPON的AAA系統(tǒng)構(gòu)成
EPON系統(tǒng)是一個(gè)分布式的以太網(wǎng)接入設(shè)備，其基本功能主要包括二層的以太網(wǎng)交換。而802.1x的認(rèn)證體系正是基于端口認(rèn)證的二層協(xié)議，與EPON結(jié)合可以充分發(fā)揮其簡(jiǎn)單高效的優(yōu)勢(shì)。這是由于802.1x在接入端口就將業(yè)務(wù)流和認(rèn)證流分離，避免了給認(rèn)證者帶來(lái)處理能力上的壓力，實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單，消除了可能存在的性能瓶頸。802.1x依托EPON的匯聚能力，可以將眾多的認(rèn)證點(diǎn)的信息匯聚后再傳遞給認(rèn)證服務(wù)器，在減小認(rèn)證服務(wù)器并發(fā)連接數(shù)的同時(shí)，也增加了服務(wù)器同時(shí)管理用戶的數(shù)量。這也體現(xiàn)了認(rèn)證邊緣化、管理集中化的趨勢(shì)。EPON采用802.1x的認(rèn)證框架，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)PPP認(rèn)證架構(gòu)的兼容，同時(shí)由于采用EAP（擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議）認(rèn)證方式，其擴(kuò)展性也得到很好的兼顧。隨著802.1x的發(fā)展和完善，EPON的認(rèn)證手段也將不斷完善。正是基于以上考慮，EasyPathEPON系統(tǒng)將802.1x作為自己的首選認(rèn)證方式。 |
